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介孔内太阳盐凝固特性的尺度效应和结构效应分析

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物理学报 2022年第11期71卷 41-52页

作者：毛蕊杨启容李昭莹闫晨宣何卓亚青岛大学机电工程学院青岛266071 青岛大学生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室青岛266071 中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛266101

采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对太阳盐凝固特性的影响.使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型,模型通过Lammps进行模拟计算,总结凝固点、过冷度、相变潜热随尺度和结构的变化规律,利用径向分布... 详细信息

采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对太阳盐凝固特性的影响.使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型,模型通过Lammps进行模拟计算,总结凝固点、过冷度、相变潜热随尺度和结构的变化规律,利用径向分布函数、势能-温度曲线、吉布斯自由能等表征参量对介孔内太阳盐凝固特性的微观机理进行分析.结果表明,太阳盐的凝固点随着纳米孔尺度的增大先增大后减小最终趋于稳定,相同尺度下纳米线结构的凝固点高于纳米颗粒的凝固点.太阳盐的过冷度整体呈现随介孔尺度增大而减小的规律,但有反常增加现象.两种不同结构下,太阳盐凝固焓随着尺度增大均逐渐增大,且纳米线结构较纳米粒子结构在相同尺度下提高了30%—37%.

关键词：太阳盐尺度过冷度凝固特性

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纳米粒子掺杂太阳盐复合材料热物性研究

无机盐工业 2022年第5期54卷 54-60页

作者：张月王敏李锦丽赵有璟王怀有中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室青海西宁810008 青海省盐湖资源化学重点实验室中国科学院大学

在聚光式太阳能系统中,熔盐被视为良好的储热材料,具有成本低、使用安全、低饱和蒸汽压等特点。合理改善其热物性可实现太阳能高效利用,掺杂纳米颗粒可提高熔盐的储热及传热性能。在之前工作中,采用高温静态熔融法将纳米氧化铝(Nano alu... 详细信息

在聚光式太阳能系统中,熔盐被视为良好的储热材料,具有成本低、使用安全、低饱和蒸汽压等特点。合理改善其热物性可实现太阳能高效利用,掺杂纳米颗粒可提高熔盐的储热及传热性能。在之前工作中,采用高温静态熔融法将纳米氧化铝(Nano alumina,NA2)掺杂于太阳盐(SS,质量分数为60%的硝酸钠与质量分数为40%的硝酸钾的混合物)中,获得了具有较高比热容的纳米流体(NA2-SS,N2S)。在此基础上,采用相同方法将纳米石墨粉(GP)和NA2同时掺杂于SS中(NA2-GP-SS,N2GS),利用差式扫描量热法和瞬态平面热源法对体系比热和导热进行测试。结果表明,优化样品为N2GS-4,比热容与原样SS相比提升21.79%,导热提升20.69%,在高温状态下具有较好的热稳定性。N2GS-4作为一种硝酸盐基纳米复合蓄热材料在热能存储系统中具有广阔的应用前景。

关键词：太阳盐纳米流体比热容导热系数纳米复合材料

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熔融太阳盐中金属氧化物纳米颗粒对304不锈钢的防护效果

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腐蚀与防护 2023年第4期44卷 38-45页

作者：马霖睿李维举唐飞廖强强上海电力大学上海市电力材料防护与新材料重点实验室上海热交换系统节能工程技术研究中心上海200090

采用腐蚀增重法和表面分析技术研究了模拟熔融太阳盐中Al2O3,CuO,ZnO,TiO2,SnO2等五种纳米颗粒对太阳盐储罐材料304不锈钢腐蚀的影响。结果表明:304不锈钢浸渍在含与不含纳米颗粒的熔融太阳盐中均出现腐蚀增重现象。Al2O3,CuO,ZnO,TiO2,... 详细信息

采用腐蚀增重法和表面分析技术研究了模拟熔融太阳盐中Al2O3,CuO,ZnO,TiO2,SnO2等五种纳米颗粒对太阳盐储罐材料304不锈钢腐蚀的影响。结果表明:304不锈钢浸渍在含与不含纳米颗粒的熔融太阳盐中均出现腐蚀增重现象。Al2O3,CuO,ZnO,TiO2,SnO2等五种纳米颗粒的加入会均对304不锈钢的腐蚀增重产生抑制作用,抑制效果由大到小依次为Al2O3>ZnO>CuO>TiO2>SnO2。在熔融太阳盐中,纳米金属氧化物颗粒可在不锈钢表面形成良好的保护膜,除了与纳米颗粒在不锈钢表面氧化层形成物理掺杂以外,发生化学掺杂是更重要的影响因素。

关键词：光热发电太阳盐不锈钢腐蚀金属氧化物纳米颗粒

溶胶凝胶燃烧合成纳米NiO对太阳盐微结构和热性能的影响

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储能科学与技术 2020年第6期9卷 1760-1767页

作者：戴佩程晓敏李元元武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070

提高太阳盐的比热容可以增强其蓄热能力,是近年来中高温储能领域的研究热点。本文采用溶胶凝胶燃烧法在太阳盐中原位合成纳米NiO,制备改性太阳盐。利用XRD、SEM、TEM、EDS和DSC等测试与表征手段分析了纳米NiO对太阳盐微观结构和热性能... 详细信息

提高太阳盐的比热容可以增强其蓄热能力,是近年来中高温储能领域的研究热点。本文采用溶胶凝胶燃烧法在太阳盐中原位合成纳米NiO,制备改性太阳盐。利用XRD、SEM、TEM、EDS和DSC等测试与表征手段分析了纳米NiO对太阳盐微观结构和热性能的影响。结果表明,太阳盐中成功合成了直径为8~10 nm的球形NiO颗粒,并且纳米颗粒会产生团聚形成尺寸为0.1~0.5μm的小团簇体。溶胶凝胶燃烧法原位合成的纳米NiO可以大幅提高太阳盐的比热容。界面能的增加和半固态层的形成是改性太阳盐比热容提高的主要原因。

关键词：纳米NiO 太阳盐比热容溶胶凝胶燃烧法

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原位合成纳米ZnO对太阳盐比热容的影响

储能科学与技术 2020年第2期9卷 440-447页

作者：熊峰程晓敏李元元戴佩王秀丽钟皓武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070 广东宏锦新材料科技有限公司广东东莞523808

太阳盐具有良好的热物性,在太阳能热发电储热系统中有良好的应用前景。提高太阳盐比热容可以显著提高其储热能力。本文采用水热法在太阳盐中原位合成片状纳米Zn O,采用燃烧法在太阳盐中原位合成颗粒状纳米Zn O。借助X射线衍射(XRD)、能... 详细信息

太阳盐具有良好的热物性,在太阳能热发电储热系统中有良好的应用前景。提高太阳盐比热容可以显著提高其储热能力。本文采用水热法在太阳盐中原位合成片状纳米Zn O,采用燃烧法在太阳盐中原位合成颗粒状纳米Zn O。借助X射线衍射(XRD)、能谱分析技术(EDS)、场发射电子扫描显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)和差式扫描量热仪(DSC)研究纳米Zn O对太阳盐的结构与性能影响。结果表明,水热法制备的改性太阳盐中Zn O纳米片的尺寸为50~200 nm,当Zn O纳米片含量为1%(质量分数)时,Zn O纳米片能够较好分布在基盐中,改性太阳盐固态和液态比热分别达到2.09 J/(g·℃)和1.78 J/(g·℃),分别提高71.3%和38.0%。燃烧法制备的改性太阳盐,Zn O纳米颗粒的尺寸在30~200 nm,当Zn O纳米颗粒含量为0.75%时,在基盐中分散性好,改性太阳盐固态和液态比热分别达到2.20 J/(g·℃)和1.88 J/(g·℃),分别提高82.0%和45.7%,比热性能要更优于水热法制备的改性盐。本研究有助于推动纳米颗粒改性无机盐的应用,为高比热容的太阳盐技术的研发提供实验依据。

关键词：太阳盐 ZnO纳米片 ZnO纳米颗粒原位合成法比热容

自然对流影响下太阳盐固液相变过程的实验和模拟研究

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自然对流影响下太阳盐固液相变过程的实验和模拟研究

作者：于博旭华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

固液相变过程具有能量密度高、温度变化小的优点,在热能相关的工业生产中有广泛应用,其中最为常见的便是新能源能量的转化、存储与回收过程。二元硝酸盐既是太阳能热发电技术的重要传热工质,也是潜在的相变储热材料。正确理解其固液相... 详细信息

固液相变过程具有能量密度高、温度变化小的优点,在热能相关的工业生产中有广泛应用,其中最为常见的便是新能源能量的转化、存储与回收过程。二元硝酸盐既是太阳能热发电技术的重要传热工质,也是潜在的相变储热材料。正确理解其固液相变过程中的传热、流动及相界面迁移机理对于储热系统性能提升具有基础性意义。本文针对太阳盐(60wt%NaNO-40wt%KNO),通过可视化实验及数值模拟的方法,研究了其在方腔中的自然对流熔化过程。首先,使用熔融法制备了太阳盐,通过DSC测试确定了太阳盐的热物性参数。随后,实验研究了自然对流影响下方腔中不同高度的太阳盐在不同壁温条件下的熔化过程,分析了温度场的分布规律以及相界面形状和位置的演化规律,通过参数无量纲化分析了液体体积分数的变化规律。最后,以实验结果为基础,建立了太阳盐熔化过程的焓法模型,通过讨论不同糊状区常数对熔化过程的影响确定了与实验结果吻合度最高的模型参数,进而分析了熔化过程中自然对流的发展与液相中的温度和流动分布的关系。研究发现,在自然对流的影响下,液相中存在一个顺时针旋转的主对流涡,将从壁面输入的热量源源不断地带往顶部,从而使得液相中温度呈现明显的分层现象,相界面以非线性方式迁移,顶部的界面移动速度要远大于底部。加热壁温的提高与熔盐高宽比的增大对熔化过程均有一定的促进作用,其增强机理分别为提高流体的温度与延长流体与壁面和固液界面的热交换时间,提高壁温的强化效果要强于提高熔盐高度。凝固过程中存在固体收缩现象,这会造成熔盐内部产生部分空腔,影响了下次熔化实验部分温度测点测量结果的准确性。通过分析熔盐水平中线不同位置处的界面经过时的温升速率与距离加热壁面的远近发现,相界面在推进过程中,其移动速率呈指数方式递减。利用实验结果建立了无量纲数Ste、Fo、Ra和A与熔融液体体积分数f之间的关系式。增大糊状区常数会抑制液相中流体的流动速度,使得熔化过程受阻,A从10增大到10的过程中,液相中的流动速度减小了 45.65%,完全熔化时间增加了 161.29%。当A=5×10时,模拟结果与实验结果获得了最佳的吻合度。本文的研究结果对固液相变模型的中高温实验数据起到了补充和完善的作用。

关键词：固液相变自然对流太阳盐高宽比可视化实验焓法模型

原位合成纳米NiO改性太阳盐及储热性能的研究

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原位合成纳米NiO改性太阳盐及储热性能的研究

作者：戴佩武汉理工大学

学位级别：硕士

开发可再生能源可以有效解决全球性环境污染和能源短缺问题。太阳能取之不尽,用之不竭,成为一种非常有前景的可再生能源。储热技术克服了太阳能的间歇性和波动性,是调节太阳能供需平衡的有效途径。储热技术的关键是储热材料,太阳盐是60 ... 详细信息

开发可再生能源可以有效解决全球性环境污染和能源短缺问题。太阳能取之不尽,用之不竭,成为一种非常有前景的可再生能源。储热技术克服了太阳能的间歇性和波动性,是调节太阳能供需平衡的有效途径。储热技术的关键是储热材料,太阳盐是60 wt.%Na NO与40 wt.%KNO的混合硝酸盐,工作温度范围宽、饱和蒸气压低、粘度低、热稳定性好,是目前理想的高温显热储热材料。与其他无机高温储热材料一样,其较低的导热率和比热容限制了其作为高温储热传热材料的应用,研究发现向太阳盐中添加纳米颗粒可以有效提高其热物理性能。纳米氧化镍的制备工艺简单、性能稳定且具有良好的热性能。本文通过溶胶凝胶燃烧法和熔融盐法在太阳盐中原位合成纳米氧化镍,制备纳米氧化镍改性太阳盐,研究制备方法以及合成条件对改性太阳盐的组成、微结构与热性能的影响,建立纳米氧化镍改性太阳盐的组成-结构-性能之间的联系。本文采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对改性太阳盐的物相进行表征与分析。结果表明,在改性太阳盐中原位合成了纯度较高的纳米氧化镍颗粒,并且在合成的过程中,氧化镍与太阳盐具有良好的化学相容性。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和场发射透射电子显微镜(FE-TEM)观察纳米颗粒与改性盐的显微结构。结果发现,溶胶凝胶燃烧法中,改性太阳盐中出现了许多亚微米级小团簇,尺寸约为0.1～0.5um,主要分布在太阳盐颗粒表面和界面结合处。随着燃料摩尔比、点燃温度以及溶液p H的变化,小团簇的尺寸和相互连接程度随之发生变化;熔融盐法中,纳米颗粒尺寸为8～15nm,主要分布在硝酸盐界面结合处,随着纳米颗粒浓度的增加,纳米颗粒逐渐融合形成长程针状结构,点燃温度对纳米颗粒的团聚程度有较大影响。采用差式扫描量热仪(DSC)测量改性盐的比热容。结果表明,溶胶凝胶燃烧法中,改性盐的比热有不同程度的提高。当燃料摩尔比为1:2、点燃温度为400℃、溶液p H值为3时,改性盐固态比热容比基盐提高了81.7%,液态比热容比基盐提高了57.4%;熔融盐合成法中,当煅烧温度为400℃,纳米颗粒浓度为4 wt.%时,改性盐固态比热容提高了73.4%。液态比热容提高了55.2%。采用热常数分析仪分析样品导热系数。结果表明,溶胶凝胶法合成的改性盐热导率有不同程度提高;熔融盐法中,样品导热系数随着纳米颗粒含量的增加而升高。两种方法制备的改性太阳盐的热性能较基盐都有明显的提高,熔融盐法制备工艺简单,溶胶凝胶燃烧法制备工艺复杂,但获得的性能更好。

关键词：太阳盐热性能微结构原位合成法

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太阳盐的热力学性质及其在光热发电中的应用

发电设备 2021年第5期35卷 334-338页

作者：王金梁吴华栋武汉锅炉股份有限公司武汉430205

介绍太阳盐的热力学性质,比较熔盐管内对流传热关联式,并对熔盐在光热发电中出现的降解、腐蚀及氮氧化物(NOx)排放等问题进行研究。结果表明:Gnielinski关联式和Dittus-Boelter关联式并不适合应用于熔盐光热发电中;应根据具体金属材料,... 详细信息

介绍太阳盐的热力学性质,比较熔盐管内对流传热关联式,并对熔盐在光热发电中出现的降解、腐蚀及氮氧化物(NOx)排放等问题进行研究。结果表明:Gnielinski关联式和Dittus-Boelter关联式并不适合应用于熔盐光热发电中;应根据具体金属材料,限制其在熔盐中的使用温度。

关键词：光热发电熔盐太阳盐对流传热关联式腐蚀降解 NO_(x)

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熔盐在凝固过程中的微米尺度实验及模拟研究

中国科学：技术科学 2023年第12期53卷 2090-2100页

作者：田紫芊廖志荣徐超江凯军华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

本文采用可视化实验和相场法数值模拟相结合的方法在微米尺度下研究了太阳盐凝固过程中固液相转变机理.实验研究发现,太阳盐颗粒凝固过程可划分为三个典型阶段,各阶段的相转变规律及固-液相边界形貌结构不同.此外,太阳盐凝固结晶过程是... 详细信息

本文采用可视化实验和相场法数值模拟相结合的方法在微米尺度下研究了太阳盐凝固过程中固液相转变机理.实验研究发现,太阳盐颗粒凝固过程可划分为三个典型阶段,各阶段的相转变规律及固-液相边界形貌结构不同.此外,太阳盐凝固结晶过程是典型的枝状晶形貌,其初始结晶的位置较为随机,并显著影响了各个方向枝状晶的演变过程.当晶核位置靠近中心时,各个方向的主枝晶的增长较为一致,使得总体形貌呈现很好的对称性.在相场法模拟中,基于控制变量法探讨了各项异性模数j、无量纲潜热系数K和各项异性强度δ三个关键相场参数对枝状晶的影响.基于实验结果进行对比分析,进一步优化了模型参数,结果表明当K=2.4,j=9,δ=0.01时,数值模型可准确模拟实际太阳盐颗粒的晶体演变过程.

关键词：可视化实验微米尺度太阳盐凝固过程枝状晶相场法